Rapid prototyping mit körpereigenen Materialien
Mit Laserlicht lassen sich feinste Strukturen aus Proteinen und Polymeren aufbauen.
Der Ersatz natürlichen Gewebes nach Verletzungen und Erkrankungen durch Implantate, die eine körpereigene Regeneration mit patienteneigenen Zellen ermöglicht, ist Ziel des „Tissue Engineering“. Forschern aus verschiedenen Fraunhofer-Instituten gelang es, mit einem Laserverfahren biomimetische Hybridstrukturen zu erzeugen, die als Basis solcher Stütz- und Implantatstrukturen dienen, in welche die Zellen anschließend möglichst effektiv einwachsen.
Abb.: Mit dem Verfahren wurde zum Beispiel diese Kapillare aus künstlichem, elastischem Polymer mit einem Durchmesser von 20 µm erzeugt. (Bild: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen)
Oft sind die Implantate nicht genügend an die Umgebung im Körper des Patienten angepasst und sind somit nur bedingt geeignet. Zur Erzeugung biomimetischer Stützstrukturen haben Forscher nun das Verfahren des Rapid Prototyping auf körpereigene Materialien übertragen. Als Basis dienen den Forschern gelöste Proteine und Polymere, die gezielt mit Laserlicht bestrahlt werden und durch photolytische Wirkungen vernetzt werden. Durch kostengünstige Mikrochiplaser mit Pulsdauern im Pikosekundenbereich wird das Verfahren für jedes Labor erschwinglich.
Die Moleküle in der Flüssigkeit nehmen in einem nichtlinearen Prozess mehrere Photonen zugleich auf, so dass sich freie Radikale bilden, die eine chemische Reaktion zwischen den umgebenden Molekülen auslösen, wodurch die Flüssigkeit aushärtet. Nach vorgegebenen CAD-Daten kann der Laserfokus auf wenige hundert Nanometer genau positioniert werden. „Wir können auf diese Weise Stützgerüste für Zellverbände mit einer Auflösung von circa einem Mikrometer direkt aus gelösten Proteinen und Polymeren exakt nach unserem Bauplan erzeugen“, erklärt Sascha Engelhardt vom Fraunhofer ILT.
Momentan arbeiten die Forscher daran, die Produktionsgeschwindigkeit durch die Kombination mit anderen Verfahren des Rapid Prototyping zu erhöhen, um eines Tages maßgeschneiderte Gerüste für synthetische Gewebe wirtschaftlich erzeugen zu können.
ILT / KK
